WO2016091595A1 - Blindleistungskompensationsmodul für den einsatz bei nennspannungen im wesentlichen grösser 1000 v - Google Patents

Blindleistungskompensationsmodul für den einsatz bei nennspannungen im wesentlichen grösser 1000 v Download PDF

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Definitions

  • Reactive power compensation module for use at nominal voltages substantially greater than 1000 V.
  • the invention relates to a reactive power compensation module for use at nominal voltages substantially greater than 1000 V, consisting of an electrically interconnected arrangement of power capacitors, filter circuit or current limiting reactors, fuses, switching devices and, if necessary, further electrical components, wherein the aforementioned means combined to form a structurally compact unit are, according to the preamble of claim 1.
  • a modular converter arrangement is known with a cabinet, which receives a plurality of main modules forming power converter modules, each consisting of submodules.
  • the submodules each include a switching and a capacitor module.
  • the control cabinet has connection devices for electrical contacting of the power converter modules and, for each power converter module, a rail system for their mechanical arrangement.
  • the local capacitor module has a DC voltage contact device for electrical connection of the associated switching module and sliding elements.
  • the switching module has a cooling device.
  • the sliding elements of the submodules are stacked in the same rails of the rail system of the control cabinet.
  • a modular circuit arrangement with a located at high voltage potential, first power electronic assembly and located at a lower potential second power electronic assembly together with galvanic isolation transformer is known from DE 19841 133 AI.
  • the first module and associated power connections of the transformer are located in a largely cuboid insulating material.
  • the Isolierstoffgeophuse has on its top and bottom surface as well as on its front side closed to the front in each case one guided to ground or ground potential electrically conductive layer. Through the side surfaces of the module in each case a power connection of the power electronic modules is performed.
  • the known system includes at least one capacitor module and at least one control module, wherein the at least one capacitor module and the at least one control module are each designed box-shaped in order to limit the space requirement.
  • the at least one capacitor module and the at least one control module are each designed box-shaped in order to limit the space requirement.
  • identically designed modules are stacked on top of each other, so that the manufacturing cost of the entire system can be reduced.
  • designed as a self-supporting tower reactive power compensation system is provided, wherein the tower consists of box-shaped and stacked modules. For example, there are three similarly constructed and identical functions fulfilling capacitor modules, which rest on an empty module forming the bottom of the tower. Above the last capacitor module is a control module, which in turn carries a further empty module acting as a cover.
  • a mounting wall serves to hold a busbar section and a terminal block for control lines to power contactors.
  • the above-mentioned mounting wall carries on the control lines acting on the contactors control and regulating element, which causes the opening or closing of one or more of the power contactors depending on the requirements.
  • Such a design of a desirable compact reactive power compensation system can be found only in the low-voltage network, taking into account the heat loss and the required air and creepage distances.
  • a tower-like arrangement when providing corresponding ventilation ducts, leads to a desired ventilation chimney effect, it also leads to thermally sensitive components being exposed to an unnecessary temperature load due to such components or assemblies which act as a heat source due to high heat loss.
  • a reactive power compensation module for use at rated voltages of greater than 1 kV, consisting of an electrically interconnected arrangement of power capacitors, Filter Vietnamese- or current limiting chokes, fuses, switching devices and if necessary further electrical components, the aforementioned means to a structurally compact unit are summarized.
  • a slide-in frame designed as a support frame, which has two surface regions.
  • the required power capacitors are arranged spatially next to one another in a first surface area.
  • the filter circuit or current limiting chokes are spatially superposed, in such a way that the heat loss of the chokes can be dissipated without affecting the operation of the power capacitors.
  • the insertion or support frame has means for extending and retracting and locking the entire module in a known per se cabinet system.
  • the height of the stack arrangement of the choke windings exceeds that of the juxtaposed power capacitors, whereby the fuses and switchgear as well as further technical components can be arranged in the space volume remaining in this respect.
  • a front plate On the slide-in frame, a front plate is fixed, which has transport handles and means for locking with respect to the cabinet system.
  • the mentioned first surface area is oriented to the front side and the mentioned second surface area is oriented to the rear side of the reactive power compensation module.
  • the division of the surface areas front side / rear side and the realized mass distribution with the windings of the filter circuit or current limiting reactors in the rear second area area ensures that the module is close during maintenance work. up to half can be pulled out of a cabinet system without the risk of tipping.
  • the first and second surface areas are partial areas of a total area of substantially 600 x 1000 mm to 800 x 1200 mm.
  • the above-described reactive power compensation module can be structurally integrated into a per se known medium-voltage cabinet system. This ultimately performance bins from 100 to z. B. 1000 kVar on a relatively small footprint feasible.
  • Fig. 1 is a front view of the reactive power compensation module without front panel
  • Fig. 2 is a side view of the module
  • Fig. 3 is a bottom view with recognizable six pairs of rollers and
  • Fig. 4 is a perspective view of the reactive power compensation module with front panel and side panel.
  • the reactive power compensation module consists of fuses 1, a vacuum contactor 2, a plurality of stacked filter or Saugnik- inductor windings 3 and two adjacent power capacitors. 4
  • the reactive power compensation module can be used in the range of, for example, 6 to 12 kV.
  • the spaced apart power capacitors 4 are located on a first area A.
  • the stack arrangement of filter circuit or current limiting chokes 3 is located on a second surface area B.
  • Heat loss of the chokes 3 can thus be dissipated without affecting the operation of the power capacitors 4.
  • the height of the stack arrangement of the choke windings 3 exceeds that of the power capacitors 4, the fuses 1 and switching devices 2 being provided in the space volume C remaining in this respect.
  • front plate 7 (see Figure 4) may be attached, which transport handles 8 and means 9 for locking the module with respect to the control cabinet system, not shown.
  • the first area A with the power capacitors extends in a preferred embodiment to the front of the module and the second area B to the back.
  • both surface areas A and B occupy a total area of 625 ⁇ 1050 mm.
  • the selected slide-in technology with, for example, rollers 6 makes it possible to subsequently attach guide rails to the floor of known medium-voltage switchgear systems in order to realize the desired advantageous assembly of the module or also the partial or complete removal for maintenance purposes.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Blindleistungskompensationsmodulfür den Einsatz bei Nennspannungen im Wesentlichengrößer 1000 V, bestehend aus einer elektrischverschalteten Anordnungvon Leistungskondensatoren, Filterkreis-oder Strombegrenzungsdrosseln, Sicherungen, Schaltgeräten und falls erforderlich weiterer elektrischer Komponenten, wobei die vorgenannten Mittel zu einer baulich kompakten Einheit zusammengefasst sind. Erfindungsgemäß ist ein Einschubrahmenvorgesehen, welcher zwei Flächenbereiche aufweist, wobei in einem ersten Flächenbereichräumlich nebeneinander die Leistungskondensatoren und in einem zweiten Flächenbereichdie Filterkreis-oder Strombegrenzungsdrosseln räumlich übereinander befindlich sind derart, dass Verlustwärme der Drosseln ohne Beeinträchtigung der Funktionsweise der Leistungskondensatoren abführbar ist. Weiterhin weist der Einschubrahmen Mittel zum Ein-und zum teilweisen oder vollständigen Ausfahren des Moduls in oder aus einem Schranksystem auf.

Description

Blindleistungskompensationsmodul für den Einsatz bei Nennspannungen im Wesentlichen größer 1000 V
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Blindleistungskompensationsmodul für den Einsatz bei Nennspannungen im Wesentlichen größer 1000 V, bestehend aus einer elektrisch verschalteten Anordnung von Leistungskondensatoren, Filterkreis- oder Strombegrenzungsdrosseln, Sicherungen, Schaltgeräten und falls erforderlich weiterer elektrischer Komponenten, wobei die vorgenannten Mittel zu einer baulich kompakten Einheit zusammengefasst sind, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 102009051 518 B3 ist eine modular aufgebaute Stromrichteranordnung mit einem Schaltschrank vorbekannt, die eine Mehrzahl von Hauptmodule ausbildenden Stromrichterbaugruppen, jeweils bestehend aus Submodulen, aufnimmt. Die Submodule umfassen jeweils ein Schalt- und ein Kondensatormodul.
Der Schaltschrank weist Verbindungseinrichtungen zur elektrischen Kon- taktierung der Stromrichterbaugruppen sowie für jede Stromrichterbaugruppe ein Schienensystem zu deren mechanischen Anordnung auf.
Das dortige Kondensatormodul besitzt eine Gleichspannungskontakteinrichtung zur elektrischen Verbindung des zugehörigen Schaltmoduls sowie Gleitelemente. Darüber hinaus besitzt das Schaltmodul eine Kühleinrichtung. Die Gleitelemente der Submodule sind in den gleichen Schienen des Schienensystems des Schaltschranks gestapelt befindlich.
Eine modular aufgebaute Schaltungsanordnung mit einer auf Hochspannungspotential befindlichen, ersten leistungselektronischen Baugruppe sowie einer auf niedrigerem Potential befindlichen zweiten leistungselektronischen Baugruppe nebst galvanischem Trenntransformator ist aus der DE 19841 133 AI bekannt. Die erste Baugruppe und damit verbundene Stromanschlüsse des Transformators befinden sich in einem weitgehend quaderförmig ausgebildeten Isolierstoffgehäuse. Das Isolierstoffgehäuse weist auf seiner Deck- und Bodenfläche sowie auf seiner nach vorne abgeschlossenen Frontseite jeweils eine auf Masse oder Erdpotential geführte elektrisch leitende Schicht auf. Durch die Seitenflächen des Moduls ist jeweils ein Stromanschluss der leistungselektronischen Baugruppen geführt.
Bei der gattungsbildenden DE 42 08 612 AI wird von einer elektrischen Anlage für ein Mittel- oder Niederspannungsnetz ausgegangen, wobei es sich insbesondere um eine Anlage zur Kompensation von Blindleistung handelt.
Die bekannte Anlage enthält mindestens ein Kondensatormodul und mindestens ein Steuermodul, wobei das mindestens eine Kondensatormodul und das mindestens eine Steuermodul jeweils kastenförmig ausgebildet sind, um den Bauraumbedarf zu begrenzen. Bei der Anlage nach DE 42 08 612 AI sollen vorgefertigte, gleichartig ausgebildete Module übereinander stapelbar sein, so dass die Herstellungskosten für die gesamte Anlage reduzierbar sind. Bei einer diesbezüglichen Ausführungsform ist eine als selbsttragender Turm ausgebildete Blindleistungskompensationsanlage vorgesehen, wobei der Turm aus kastenförmig ausgebildeten und übereinander gestapelten Modulen besteht. Beispielsweise sind drei gleichartig aufgebaute und gleiche Funktionen erfüllende Kondensatormodule vorhanden, welche auf einem den Boden des Turms bildenden Leermodul ruhen. Oberhalb des letzten Kondensatormoduls befindet sich ein Steuermodul, welches seinerseits ein als Abdeckung wirkendes weiteres Leermodul trägt.
Eine Montagewand dient der Halterung eines Sammelschienenabschnitts und einer Klemmleiste für Steuerleitungen zu Leistungsschützen. Darüber hinaus trägt die vorerwähnte Montagewand ein über die Steuerleitungen auf die Leistungsschütze wirkendes Steuer- und Regelelement, welches je nach Anforderung das Öffnen oder Schließen eines oder mehrerer der Leistungsschütze veranlasst. Nach Fertigstellung des Turms der Anlage werden die Sammelschienenabschnitte verbunden und zum externen Anschluss geführt. Weiterhin erfolgt ein Anschließen an die bei jedem der Kondensa- tormodule vorgesehenen Serienschaltungen von Drosseln und Leistungskondensatoren.
Eine derartige Ausbildung einer wünschenswert kompakten Blindleistungs- kompensationsanlage kann unter Beachtung der Verlustwärme sowie der erforderlichen Luft- und Kriechstrecken nur maximal im Niederspannungsnetz Anwendung finden. Eine turmartige Anordnung führt zwar beim Vorsehen entsprechender Lüftungskanäle zu einem an sich gewünschten Be- lüftungs-Kamineffekt, führt jedoch aber auch dazu, dass thermisch empfindlichere Bauteile einer unnötigen Temperaturbelastung durch solche Bauteile oder Baugruppen ausgesetzt sind, die aufgrund hoher Verlustwärme als Wärmequelle wirken.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Blindleistungskompensationsmodul für den Einsatz bei Nennspannungen im Wesentlichen größer 1000 V anzugeben, wobei der Bauraum eines derartigen Moduls zu reduzieren ist und die Möglichkeit besteht, das Modul in an sich bekannte Schaltschranksysteme einschiebbar auszuführen, so dass die Aufwendungen sowohl für die Montage, aber auch im Fall einer Wartung gering sind.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Lehre der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Es wird demnach von einem Blindleistungskompensationsmodul für den Einsatz bei Nennspannungen von größer 1 kV ausgegangen, bestehend aus einer elektrisch verschalteten Anordnung von Leistungskondensatoren, Filterkreis- oder Strombegrenzungsdrosseln, Sicherungen, Schaltgeräten und falls erforderlich weiterer elektrischer Komponenten, wobei die vorgenannten Mittel zu einer baulich kompakten Einheit zusammengefasst sind.
Erfindungsgemäß ist ein Einschubrahmen, ausgebildet als Tragrahmen, vorgesehen, welcher zwei Flächenbereiche aufweist. In einem ersten Flächenbereich sind räumlich nebeneinander die erforderlichen Leistungskondensatoren angeordnet.
In einem zweiten Flächenbereich sind die Filterkreis- oder Strombegrenzungsdrosseln räumlich übereinander befindlich, und zwar derart, dass die Verlustwärme der Drosseln ohne Beeinträchtigung der Funktionsweise der Leistungskondensatoren abgeführt werden kann.
Weiterhin weist der Einschub- oder Tragrahmen Mittel zum Ein- und Ausfahren und Verriegeln des gesamten Moduls in ein an sich bekanntes Schaltschranksystem auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung übersteigt die Höhe der Stapelanordnung der Drosselwicklungen diejenige der nebeneinander angeordneten Leistungskondensatoren, wobei im diesbezüglich verbleibenden Raumvolumen die Sicherungen und Schaltgeräte sowie weitere technische Komponenten anordenbar sind.
Am Einschubrahmen ist eine Frontplatte fixiert, welche Transportgriffe und Mittel zur Verriegelung bezüglich des Schaltschranksystems aufweist.
Zum leichteren Ein- und Ausfahren des Blindleistungskompensationsmoduls bezogen auf das entsprechende Schaltschranksystem sind am Boden des Einschubrahmens Rollen, Räder oder dergleichen Mittel vorgesehen.
Zwischen den vertikal übereinander angeordneten Drosselwicklungen verbleiben Freiräume zur Kühlluftführung und es werden hierüber gleichzeitig die notwendigen Trennungsabstände realisiert.
Der erwähnte erste Flächenbereich ist zur Vorderseite und der erwähnte zweite Flächenbereich zur Rückseite des Blindleistungskompensationsmo- duls orientiert. Durch die Aufteilung der Flächenbereiche Vorderseite/Rückseite und die realisierte Masseverteilung mit den Wicklungen der Filterkreis- oder Strombegrenzungsdrosseln im rückseitigen zweiten Flächenbereich ist gewährleistet, dass das Modul bei Wartungsarbeiten nahe- zu bis zur Hälfte aus einem Schranksystem herausziehbar ist, ohne dass die Gefahr des Abkippens besteht.
Der erste und der zweiten Flächenbereich sind Teilflächen einer Gesamtfläche von im Wesentlichen 600 x 1000 mm bis 800 x 1200 mm.
Das vorbeschriebene Blindleistungskompensationsmodul kann baulich in ein an sich bekanntes Mittelspannungs-Schranksystem integriert werden. Damit sind letztendlich Leistungseinschübe von 100 bis z. B. 1000 kVar auf einer relativ kleinen Grundfläche realisierbar.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht des Blindleistungskompensationsmoduls ohne Frontplatte;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Moduls;
Fig. 3 eine Ansicht von unten mit erkennbaren sechs Rollenpaaren und
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Blindleistungskompensations- moduls mit Frontplatte und seitlicher Verkleidung.
Wie aus den Figuren ersichtlich, besteht das erfindungsgemäße Blind- leistungskompensationsmodul aus Sicherungen 1, einem Vakuumschütz 2, mehreren übereinander gestapelten Filter- oder Saugkreis- Drosselwicklungen 3 sowie zwei benachbarten Leistungskondensatoren 4.
Die Auswahl der elektrischen Komponenten und deren Verschaltung ist so gewählt, dass das Blindleistungskompensationsmodul im Bereich von beispielsweise 6 bis 12 kV einsetzbar ist. Auf einem Einschubrahmen 5, der an seiner Unterseite Laufrollen 6 oder dergleichen Mittel aufweist, befindet sich im vorderen Modulbereich (siehe Fig. 2) eine Anordnung von Leistungskondensatoren 4.
Die zueinander beabstandeten Leistungskondensatoren 4 (siehe Fig. 1) befinden sich auf einem ersten Flächenbereich A.
Auf einem zweiten Flächenbereich B ist die Stapelanordnung aus Filterkreis- oder Strombegrenzungsdrosseln 3 befindlich.
Verlustwärme der Drosseln 3 kann damit ohne Beeinträchtigung der Funktionsweise der Leistungskondensatoren 4 abgeführt werden.
Die Höhe der Stapelanordnung der Drosselwicklungen 3 übersteigt diejenige der Leistungskondensatoren 4, wobei im diesbezüglich verbleibenden Raumvolumen C die Sicherungen 1 und Schaltgeräte 2 vorgesehen sind.
Am Einschubrahmen 5 kann eine in der Figur nicht gezeigte Frontplatte 7 (siehe Figur 4) befestigt sein, welche Transportgriffe 8 und Mittel zur Verriegelung 9 des Moduls bezüglich des nicht gezeigten Schaltschranksystems aufweist.
Aus der figürlichen Darstellung, insbesondere der Fig. 2, ist nachvollziehbar, dass zwischen den vertikal übereinander angeordneten Drosseln 3 ein Freiraum zur Kühlluftführung verbleibt. Ebenso ist ein Freiraum zwischen der Anordnung der Kondensatoren 4 und der Drosseln 3 vorgesehen.
Der erste Flächenbereich A mit den Leistungskondensatoren erstreckt sich bei einer bevorzugten Ausführungsform zur Vorderseite des Moduls und der zweite Flächenbereich B zur Rückseite.
Beim gezeigten Beispiel nehmen beide Flächenbereiche A und B insgesamt eine Fläche von 625 x 1050 mm ein. Damit ist ein Modul geschaffen, der ohne weiteres in Schaltschranksysteme bekannter Art integrierbar ist. Durch die optimale Anordnung der Kondensatoren und der Drosseln sind Leistungseinschübe von 100 bis z. B. 1000 kVar auf der genannten relativ kleinen Grundfläche aufbaubar. Bei einer beispielhaften Höhe von z.B. 1530 mm sind keine grundsätzlichen Beschränkungen zum vorerwähnten Integrieren in gängige Schaltschranksysteme gegeben.
Die gewählte Einschubtechnik mit beispielsweise Rollen 6 ermöglicht es, dass am Boden bekannter Mittelspannungs-Schaltschranksysteme lediglich nachträglich Führungsschienen anzubringen sind, um die gewünschte vorteilhafte Montage des Moduls oder aber auch das teilweise oder komplette Entfernen zu Wartungszwecken zu realisieren.

Claims

1. Blindleistungskompensationsmodul für den Einsatz bei Nennspannungen im Wesentlichen größer 1000 V, bestehend aus einer elektrisch verschalteten Anordnung von Leistungskondensatoren (4), Filterkreis- oder Strombegrenzungsdrosseln (3), Sicherungen (1) sowie Schaltgeräten (2) und gegebenenfalls weiterer elektrischer Komponenten, wobei die vorgenannten Mittel zu einer baulich kompakten Einheit zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Einschubrahmen (5) vorgesehen ist, welcher zwei Flächenbereiche aufweist, wobei in einem ersten Flächenbereich (A) räumlich nebeneinander die Leistungskondensatoren (4) und in einem zweiten Flächenbereich (B) die Wicklungen der Filterkreis- oder Strombegrenzungsdrosseln (3) räumlich übereinander befindlich sind, derart, dass Verlustwärme der Drosseln
(3) ohne Beeinträchtigung der Funktionsweise der Leistungskondensatoren
(4) abführbar ist und weiterhin der Einschubrahmen (5) Mittel (6) zum Ein- und Ausfahren des Moduls in ein Schranksystem aufweist.
2. Blindleistungskompensationsmodul nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Höhe der Stapelanordnung der Drosselwicklungen (3) diejenige der Anordnung der Leistungskondensatoren (4) übersteigt, wobei im diesbezüglich verbleibenden Raumvolumen (C) mindestens die Sicherungen (1) und Schaltgeräte (2) vorgesehen sind.
3. Blindleistungskompensationsmodul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Einschubrahmen (5) eine Frontplatte mit Transportgriffen und einer Verriegelung bezüglich des Schranksystem ausgebildet ist.
4. Blindleistungskompensationsmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Boden des Einschubrahmens (5) Rollen, Räder (6) oder dergleichen Gleiteinrichtungen vorgesehen sind.
5. Blindleistungskompensationsmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den vertikal übereinander angeordneten Drosseln (3) Freiräume zur Kühlluftführung verbleiben.
6. Blindleistungskompensationsmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Flächenbereich (A) zur Vorderseite und der zweite Flächenbereich (B) zur Rückseite des Moduls orientiert sind.
7. Blindleistungskompensationsmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste und der zweite Flächenbereich (A; B) Teilflächen einer Gesamtfläche von im Wesentlichen 600 x 1000 mm bis 800 x 1200 mm sind.
8. Blindleistungskompensationsmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
dieses baulich in ein an sich bekanntes Mittelspannungs-Schranksystem integrierbar ist.
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